مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

افزایش پایداری خودروی طویل مفصلی به کمک روش کنترلی حذف‌کننده اختلالات مد لغزشی بازگشتی

نویسندگان
ناصر اسماعیلی 1
رضا کاظمی 2
حامد طباطبایی اوره 3
1 دانشگاه صنعتی خواجه‌نصیرالدین طوسی
2 دانشگاه خواجه نصیرالدین طوسی
3 دانشگاه آزاد واحد تهران جنوب
چکیده
امروزه استفاده از خودروهای طویل مفصلی رو به افزایش است. از دلایل اصلی گرایش به این نوع خودروها می‌توان به استفاده از واحد‌های کشنده کمتر برای حمل دو یا چند تریلر اشاره نمود. به عبارت دیگر برای حمل مقدار بار یکسان، به جای استفاده از چند کشنده شبه‌تریلر، می‌توان از تعداد کمتری خودروی طویل مفصلی استفاده نمود.کاهش مصرف سوخت، تولید آلودگی و گاز‌های گلخانه‌ای کمتر و همچنین بکارگیری نیروی انسانی کمتر جهت هدایت خودرو برای حمل بار یکسان به نسبت خودروی مفصلی معمولی از دیگر مزایای استفاده از خودروهای طویل مفصلی می‌باشد. مشکل عمده این خودرو‌ها مانورپذیری ضعیف در سرعت پایین و عملکرد جانبی نامناسب در سرعت بالا می‌باشد، که موجب تصادف‌ها و خسارت‌های جانی و مالی می‌شود. بنابراین برای ارتقا ایمنی آن‌ها به یک سیستم کنترلی نیاز است، که عملکرد خودروهای طویل را بهبود بخشد و از ناپایداری آن‌ها جلوگیری نماید.در این پژوهش پس از استخراج و صحه گذاری مدل دینامیکی، از یک متد کنترلی جدید مبتنی بر ترکیب کنترل‌کننده‌های فعال حذف‌کننده اختلالات و مد لغزشی بازگشتی، به منظور تنظیم دینامیک سمتی خودروی طویل مفصلی استفاده شده است. نتایج به دست آمده نشان‌گر برتری این متد جدید نسبت به کنترل کننده‌های بهینه خطی و مد لغزشی می‌باشد.
کلیدواژه‌ها
صنعت حمل و نقل
خودروی طویل مفصلی
پایداری سویی
کنترل کننده حذف‌کننده اختلالات مد لغزشی بازگشتی

موضوعات

عنوان مقاله English

Increase the stability of an articulated long vehicle by active disturbance rejection backstepping sliding mode control method

نویسندگان English

naser esmaili 1
hamed Hamed tabatabaei oreh 3
1 Department of Mechanical Engineering, K. N. Toosi University, Tehran, Iran
3 Department of Mechanical Engineering, Islamic Azad University, Tehran, Iran
چکیده English

Today, the use of articulated long vehicles is surging. The main reasons for tendency of utilizing these vehicles is use of less tractor unit fitted to carry two or more trailers. In other words, in order to carry the same amount of goods, instead of using some tractor semi-trailers, we can make use of fewer articulated long vehicles. Reduction of fuel consumption, a significant decrease in the production of greenhouse gasses as well as using less manpower to direct the vehicle to carry the same load which is related to typical articulated vehicle is of other advantages of long articulated vehicles. The major problems of these vehicles are poor maneuverability at low speed and inappropriate lateral performance at high speed, which would lead to crashes and financial damages. Hence, a control system is required for enhancing the safety of these vehicles, improving the performance of long vehicles and preventing from being unstable. In this study, after mining and verifying the dynamic model, a new control method based on a combination of active disturbance rejection control and backstepping sliding mode control for adjusting lateral dynamic of articulated long vehicles has been utilized. The results portray the superiority of this new method than LQR and sliding mode controllers.

کلیدواژه‌ها English

Transportation Industry
Articulated Long Vehicle
Lateral Stability
Active Disturbance Rejection Backstepping Sliding Mode Controller
[1] B. Jujnovich, Active Steering of Articulated Vehicles , Engineering Department of Cambridge University, PhD thesis ,UK, 2005.
[2] C. A. Feletcher, Trailer steering, An australian research perspective and application for by-wire control, Proceedings 9th International Symposium on Heavy Vehicle Weights and Dimensions, Chicago, September 15-18, 2006.
[3] R. Krishna, H. S. Tsao, Effect of multi axle steering on off tracking and dynamic lateral response of articulated tractor-trailer combinations, International Journal of Heavy Vehicle System, Vol. 14, No. 4, pp. 143-152,2007.
[4] C. Cheng, D. Cebon, Impoving roll stability of articulated heavy vehicles using active semi_trailer steering, Journal of Vehicle System Dynamics, Vol. 46, No. 8, pp. 373-388, 2008.
[5] S. H. Lee, The articulated vehicle dynamic analysis using the AWS (All Wheel Steering) ECU (Electronic Control Unit) test, Journal of Mechanical Science and Technology, Vol. 23, No. 2, pp. 923-926, 2009.
[6] M. Islam, M. Mikaric, S. He, Parallel design optimization of articulated heavy vehicles with active safety systems, Proceedings of the FISITA 2012 World Automotive Congress, Germany, Berlin, october12-15,2012.
[7] X. Ding, S. Mikaric, Design of an active trailer-steering system for multi-trailer articulated heavy vehicles using real-time simulations, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering, Vol. 227, No. 5, pp. 643-655, 2013.
[8] B. A. Jujnovich, D. Cebon, Path-following steering control for articulated vehicles, Journal of Dynamic Systems, Measurement and Control, Transactions of the ASME, Vol. 135, No. 3, 2013.
[9] S. Kharrazi, M. Lidberg, A generic controller for improving lateral performance of heavy vehicle combinations, Journal of Automobile Engineering, Vol. 227, No. 5, pp. 336-345, 2013.
[10] M. Islam, Parallel Design Optimization of Multi Trailer Articulated Heavy Vehicles with Active Safety Systems, PhD thesis, Ontario, Canada, 2013
[11] S. H. Tabatabaei Oreh, R. Kazemi,A new desired articulation angle for directional control of articulated vehicles, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-body Dynamics, Vol. 226, No. 7, pp. 23-46,2012
[12] R. Kazemi, N. esmaeili, Directional stability analysis of the articulated vehicle based on phase plane, Modares Mechanical Engineering, Vol. 15, No. 2, pp. 124-134, 2015. (in Persianفارسی )
[13] S. H. Tabatabaei Oreh, R. Kazemi,A sliding-mode controller for directional control of articulated heavy vehicles, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Journal of Automobile Engineering, Vol. 228, No. 3, pp.456-473, 2014.
[14] H. Pacejka, Tyre and Vehicle Dynamics, Second Edittion, pp. 305-340, UK, Oxford, December 2005.
[15] S. H. Tabatabaei, R. Kazemi, N. Esmaeili, A new method for maneuverability improvement of articulated heavy vehicles, Sharif Mechanical Engineerin, Vol. 1, No. 5, pp. 41-49, 2014. (in Persianفارسی )
[16] C. Cheng, R. Roebuck, A. Odhams, High speed optimal steering of a tractor semitrailer, Vehicle System Dynamics, Vol. 49, No. 1, pp. 561‐593, 2011.
[17] K. Rangavajhula, H. S. J. Tsao, Active trailer steering control of an articulated system with a tractor and three full trailers for tractor track following, International Journal of Heavy Vehicle Systems, Vol. 14, No. 4, pp. 271‐293, 2007.
[18] M. Rahmani, A. Ghanbari, St adaptive control of a bio-inspired robot manipulator using bat algorithm, Expert Systems with Applications, Vol. 56, No. 3, 2016.
[19M. Rahmani, MEMS gyroscope control using a novel compound robust control, ISA Transactions, Vol. 72, No. 10, pp. 37-43, 2017
[20] M. Rahmani, H. Komijani, A. Ghanbari, Optimal novel super-twisting PID sliding mode control of a MEMS gyroscope based on multi-objective bat algorithm,Microsystem Technologies, Vol. 1, No. 10, pp. 1–12, 2018.
[21] J. Dou, X. Kong, Altitude and attitude active disturbance rejection controller design of a quadrotor unmanned aerial vehicle, Journal of Aerospace Engineering, Vol. 231, No. 9, pp. 1–14, 2016.
[22] J. Cao, Z. Zeng, Nonlinear multiple-input-multiple output adaptive backstepping control of underwater glider systems, International Journal of Advanced Robotic Systems, Vol. 12, No. 6, pp. 1–14, 2016.
[23] W. F. Merkel, W. M. Jones, R. G. Klimo, Motion-based active disturbance rejection control for a non-linear full-car suspension system, Journal of Automobile Engineering, Vol. 2, No. 7, pp. 1–16, 2017.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 4
مرداد 1397
صفحه 253-264